Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont développé un nouveau capteur biologique qui pourrait aider les cliniciens à mieux diagnostiquer le cancer et l'épilepsie.

Des capteurs biologiques surveillent les petites molécules, les ions et les protons et sont essentiels comme diagnostic médical. Même les signaux les plus simples, tels que le niveau de pH intracellulaire, peut fournir des informations importantes pour la communauté médicale.

Par exemple, l'acidification des tumeurs en raison de l'absorption élevée de glucose et de la libération d'acide lactique est un biomarqueur des cellules cancéreuses. De même, l'acidification du liquide extracellulaire est l'un des processus clés lors des crises d'épilepsie.

Mais les biocapteurs artificiels ont des limites telles que la biocompatibilité et l'encrassement (l'accumulation de matériaux indésirables qui entravent ou interfèrent avec la fonction de la molécule). Les systèmes biologiques sont aptes à protéger et à séparer les composants vitaux de la machinerie biologique avec des membranes semi-perméables qui contiennent souvent des pores et des portes définis pour restreindre le transport transmembranaire uniquement à des espèces spécifiques.

Apprendre de la biologie, l'équipe LLNL, dirigé par Alexandre Noy, a créé un capteur de pH en intégrant des capteurs à transistor à nanoruban de silicium avec un revêtement bicouche lipidique antisalissure qui contient des canaux de nanotubes de carbone (CNTP) perméables aux protons et a démontré une détection de pH robuste à l'aide de ces capteurs dans une variété de fluides biologiques complexes.

"Notre appareil est une plate-forme polyvalente pour le temps réel, sans étiquette, détection très sensible des biomarqueurs de la maladie, Les mésappariements de l'ADN et les virus, " a déclaré Xi Chen, un étudiant diplômé de l'UC Merced, un boursier diplômé en résidence de l'UC-National Lab à Lawrence Livermore et un premier auteur dans un article de couverture dans la revue Lettres nano . Il a déclaré que le biocapteur pourrait même éventuellement être implantable.

Pour créer le capteur de pH, la membrane lipidique doit incorporer un canal robuste qui est hautement perméable (et, idéalement, très spécifique) aux protons. L'équipe de Noy a précédemment montré que les CNTP étroits de 0,8 nanomètre (environ 10 nanomètres de segments de nanotubes de carbone qui s'insèrent spontanément dans une membrane lipidique et forment des canaux transmembranaires) ont une perméabilité aux protons extrêmement élevée qui est d'un ordre de grandeur supérieur à la perméabilité aux protons de l'eau en vrac. Le confinement extrême de l'eau dans les pores des nanotubes de 0,8 nm de diamètre est responsable de la création de conditions qui favorisent le transport rapide des protons. La petite taille des pores et la perméabilité élevée aux protons garantissent également que les CNTP peuvent bloquer efficacement la plupart des composants d'encrassement des mélanges biologiques et les empêcher d'atteindre la surface du capteur.

« Pour chacune de ces expériences, nous avons caractérisé la capacité de notre capteur à répondre aux variations des valeurs de pH de la solution avant et après une exposition continue aux différents mélanges d'encrassement, " dit Noy. " Lorsque la bicouche lipidique a incorporé des canaux CNTP, la réponse du pH a été préservée et a montré très peu de signes de dégradation."

À l'avenir, l'équipe pourrait concevoir les CNTP pour transmettre des ions spécifiques et de petites molécules tout en bloquant d'autres biomolécules. Cela pourrait transformer l'appareil en une technologie de détection de type plate-forme polyvalente qui pourrait être utilisée dans des applications allant du diagnostic de la maladie, dépistage génétique et découverte de médicaments.